JP3714866B2

JP3714866B2 - エンジン始動システム

Info

Publication number: JP3714866B2
Application number: JP2000371994A
Authority: JP
Inventors: 秦　　公樹; 山中　　健司; 英則横山; 武立花
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002174133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーによりエンジンの始動用モータを駆動するようにしたエンジン始動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、不要な排気ガスの放出を抑制するため、車両の短時間の駐停車でもエンジンをアイドリング状態にすることなく停止すること（アイドリングストップ）が推奨されている。
このようなアイドリングストップを行う際に、例えば信号待ち等の停車時に不用意にアイドリングストップを行った場合、万一バッテリーが充電不足にあるときにはエンジンを再始動できないため、車両を再発進させ得なくなり、交通渋滞を招く等の問題を生ずる。
【０００３】
そこで、例えば特開昭５８−２３２５０号、特開昭５８−１４０４４５号および特開平１０−４７１０５号の各公報に記載の発明のように、バッテリ電圧を監視し、それが低いときにはエンジンの自動停止始動制御を解除する技術が開発されている。
【０００４】
しかしながら、上記構成では、単にバッテリ電圧を基準にしてエンジンの始動が可能か否かを判断するに過ぎず、実際のエンジン始動時のバッテリ放電電圧を推定するものではないから、的確な状況でエンジンの自動停止を禁止することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、バッテリーの容量不足によってエンジンの始動ができないような場合を検出して適切に対処できるエンジン始動システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、エンジンを始動するためのモータを備え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジン始動システムにおいて、前記エンジンの停止前に前記モータを駆動するバッテリーの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放電時の放電電圧を推定する放電電圧推定手段と、この放電電圧推定手段の推定結果に基づいてエンジン停止後にエンジン始動可能か否かを判断する判断手段と、この判断手段の判断結果に基づいて前記エンジンの自動停止を禁止するエンジン自動停止制御装置とを備え、前記放電電圧推定手段は、前記バッテリーについて予め任意の電流で放電させたときの放電電圧に基づき電流・電圧の直線的関係を種々の充電状態について把握しておき、前記エンジンを停止させる前の電流及び電圧から前記電流・電圧の直線的関係群のいずれかを特定することにより高率放電時の放電電圧を推定するものであるところに特徴を有する。
【０００７】
また、請求項２の発明は、エンジンを始動するためのモータを備え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジン始動システムにおいて、前記エンジンが自動停止された場合に前記モータを駆動するバッテリーの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放電時の放電電圧を推定する放電電圧推定手段と、この放電電圧推定手段による推定電圧が前記モータによるエンジン始動可能電圧より低い場合にエンジン始動不能であると判断する判断手段と、この判断手段の判断結果に基づいて前記エンジンの始動が不能となる前に前記エンジンを始動させるエンジン始動制御手段とを備え、前記放電電圧推定手段は、前記バッテリーについて予め任意の電流で放電させたときの放電電圧に基づき電流・電圧の直線的関係を種々の充電状態について把握しておき、放電途中で高率放電に変化させるときに、前記高率放電直前の電流及び電圧から前記電流・電圧の直線的関係群のいずれかを特定することにより高率放電時の放電電圧を推定するものであるところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
請求項１の発明によれば、エンジンの停止前にバッテリーの端子電圧が検出され、その電圧に基づき放電電圧推定手段が高率放電時の放電電圧を推定する。この結果、その放電電圧がエンジン停止後にエンジン始動が不能と判断されるような場合には、エンジンの自動停止が禁止されるから、不用意にアイドリングストップに移行してエンジン始動が不能になることが未然に防止できる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、バッテリーの残存容量が十分にある場合には、エンジンが自動停止されてアイドリングストップ状態になるから、信号待ちや駐車時の短時間の駐停車でも無駄な排気ガスの排出が抑制される。そして、エンジンが自動停止された後でもバッテリーの端子電圧が検出され、その電圧に基づき放電電圧推定手段によって高率放電時の放電電圧が推定され、それがエンジン始動不能な領域に近づくと、不能になる前にエンジンが自動的に始動される。
【００１１】
そして、請求項１及び請求項２の発明に係る放電電圧推定手段の原理は次の通りである。対象とする二次電池について、ある電流で一定時間放電して（これを便宜上「低率放電」と呼ぶ）放電終期の電圧を測定する。その後、クランキングによる放電を想定した所定の大電流による放電（「高率放電」と呼ぶ）を行わせて所定時間後、例えば放電１秒後の放電電圧を測定する。この測定結果を、例えば横軸を電流とし、縦軸を電圧としたグラフにプロットすると、低率放電と高率放電との２つの点から１本の直線が得られる。その直線の傾きは、この電池の内部抵抗を表している。このような測定を高率放電の電流を一定にして次々と行うと、様々な充電状態における電流・電圧の多数の直線的関係が得られる。そして、同じ劣化状態の電池で、同じ温度という条件下では、高率放電時の放電電圧が同等であったものは、その電圧とその前に各電池が様々な低率放電の電流で示した放電電圧とを結ぶ直線が重なることが発見された。ここで、高率放電を行うまでに様々な電流値で行った低率放電によって放電された容量は各電流値によってまちまちであった。
【００１２】
このことは、高率放電の放電電圧がある値を示すときの活物質近傍の電解液濃度に達するまでに取り出せる容量が、低率放電の電流によって相違することを表している。従って、低率放電によって活物質近傍の電解質濃度がある値Ｃ_Ａになった電池と、ある容量だけ放電して充分に安定するまで放置したときに活物質近傍の電解液濃度がその値Ｃ_Ａになったものとは、同一直線上に位置するものと考えられる。
【００１３】
そうすると、様々な充電状態における電流・電圧の多数の直線的関係を予め把握しておけば、低率放電時の電流・電圧が判れば、その電池が上記直線的関係のうちのいずれに当てはまるかが決定可能であるから、その直線的関係に従ってクランキング時（高率放電時）の放電電圧を推定することができ、アイドリングストップ車においてアイドリングストップに移行して良いか否かの判断を正確に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明をアイドリングストップ車のエンジン始動装置に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。
＜電流・電圧の直線的関係の把握＞
本実施形態では、電圧２Ｖ、５時間率で定格容量２０Ａｈの密閉式鉛蓄電池を対象として説明する。
まず、例えば２５℃において、ある電流Ｉ_Ａで一定時間の低率放電を行い、放電終期の電圧Ｖ_Ａを測定し、その後、引き続き電流Ｉ_Ｂ（＝２００Ａ）の高率放電を１秒間行って放電電圧Ｖ_Ｂを測定した。ここで、電流_ＩＡは、１０，４０，７０，１００Ａとし、放電電圧ＶＡが１０ｍＶ刻みで変化するような時間で十数点行った。従って、各放電時の放電容量は様々に異なる。これらの測定結果を横軸を電流、縦軸を電圧としたグラフに（Ｉ_Ａ，Ｖ_Ａ），（Ｉ_Ｂ，Ｖ_Ｂ）をプロットし、それらの点を線で結ぶ。
【００１５】
低率放電がＩＡ＝１０Ａである場合を例示すると図１に示す通りである。Ｉ_Ａ１＝１０Ａで１０分間放電させると、Ｖ_Ａ１＝２．０２６Ｖとなった。その後、引き続きＩ_Ｂ１＝２００Ａで放電すると、Ｖ_Ｂ１＝１．７６９Ｖになった。これらの点をグラフにプロットし、その点を結ぶラインＬ１を作成する。次に、引き続きＩ_Ａ２＝１０Ａで、放電電圧がＶ_Ａ２＝２．０１６Ｖになるまで放電し、引き続きＩ_Ｂ２＝２００Ａで１秒放電すると、Ｖ_Ｂ２＝１．７４６Ｖとなった。これらの点をグラフにプロットしてラインＬ２を形成した。このラインＬ１，Ｌ２は異なる充電状態（ＳＯＣ）における電流・電圧の直線的関係を示している。このように順次放電させる同様の作業を繰り返し、計１０本のラインを作成した。
【００１６】
次に、低率放電をＩ_Ａ＝４０Ａ，７０Ａ，１００Ａとし、高率放電をＩ_Ｂ＝２００Ａ、１秒とした場合についても、同様に測定して同一のグラフにプロットすると、図２に示すように、高率放電の１秒後電圧Ｖ_Ｂが同一であるものは、その電圧Ｖ_Ｂとその前に各電池が１０〜１００Ａの各放電電流Ｉ_Ａで示していた放電電圧Ｖ_Ａとを結ぶ直線が重なる。
また、０℃、５０℃においても同様の測定を行い、その結果を図３及び図４に示し、さらに、ＪＩＳＤ５３０１の軽負荷寿命試験を７６８０サイクル行い、若干劣化した電池についても、上述と同様の測定を２５℃で行い、その結果を図５に示した。
【００１７】
これらのグラフから、ある温度が決まり、低率放電時の電流・電圧が判れば、その電池の今の状態が電流・電圧の多数の直線的関係群のうちのいずれに当てはまるかが決定可能であることが判る。そして、その直線的関係（１本のグラフ）が特定されれば、それに基づいて高率放電時の放電電圧を推定できることが判る。
【００１８】
＜エンジン始動システムへの適用＞
図６はアイドリングストップ車のエンジン始動システムの一例を示す。ここで、バッテリー２０は例えば密閉式鉛蓄電池で、車両の各種電装品２１と、エンジン１０のモータ２２とを負荷とし、モータ２２にはスタートスイッチ２３を介して接続されている。電装品２１としては、周知の通り、車両のオーディオ装置やエアコン、各種ランプ等があり、負荷電流が例えば１０〜１００Ａの範囲で不規則に変動する。また、始動用モータ２２は例えば２００Ａが１秒程度の短時間流される。
【００１９】
バッテリー２０の出力ラインには電流センサ３１が設けられ、バッテリー２０の放電電流を測定して演算部３０にその電流に応じた信号を与える。また、電圧検出回路３２によってそのときの放電電圧も測定可能である。さらに、バッテリー２０の近傍には温度センサー３３が設けられ、温度検出回路３４によってバッテリー２０の温度を検出することができる。これらの各検出回路３２，３４からの検出信号も演算部３０に入力され、ここで関数記憶部３５に記憶した関数を参照して後述のようにしてクランキング時の放電電圧が推定され、その結果に応じてＥＣＶ４０にクランキング可否の信号が出力される。
【００２０】
また、上記ＥＣＶ４０には、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数検出回路４１，図示しない車両のギアがニュートラル状態にあることを検出するニュートラルセンサ４２及び車両の走行速度を検出する車速センサ４３からの信号が与えられるようになっており、例えばエンジン１０の回転数がアイドリング回転数にあり、かつ、車両のギアがニュートラルにあり、かつ、車両が停止していることを条件に車両がアイドリング状態にあることを検出し、その状態が所定時間継続したときにＥＣＶ４０からの信号によってエンジン１０を停止させるアイドリングストップ状態に移行する。
【００２１】
さて、上記関数記憶部３５には例えば図７に示す多数の一次関数が記憶されている。これらは、傾きと切片が異なる一次関数であるから、例えばＶ＝ｋ_ａ１Ｉ＋ｋ_ｂ１、Ｖ＝ｋ_ａ２Ｉ＋ｋ_ｂ２、……で表され、種々の充電状態における電圧・電流の直線的関係を示す。ここで係数ｋ_ａ１，ｋ_ａ２，…はバッテリー２０の内部抵抗に相当し、その値は温度、劣化度合い等によって変化するから、例えば演算部３０からの信号に基づき１日に１回定期的に内部抵抗を測定し、その測定結果に応じて演算部３０が係数ｋ_ａ１，ｋ_ａ２，……を正しく補正する。また、温度検出回路３４により測定されたバッテリー２０の温度に応じて上記係数ｋ_ａ１，ｋ_ａ２，……を所定の関数に従い更に微調整する。
【００２２】
さて、車両がアイドリング状態になったことがＥＣＶ４０によって検出されると、ＥＣＶ４０は演算部３０に放電電圧推定要求を出力し、演算部３０はその時点で電流センサー３１及び電圧検出回路３２から電流及び電圧の測定結果を読み取り、その電流・電圧に合致する一次関数を特定する。例えば、図７に示す多数の一次関数が選ばれている場合に、電装品２１に流れている放電電流が５０Ａで、その時の放電電圧が１．９Ｖであったときには、一次関数ｆ_７が特定される。すると、演算部３０は、その一次関数ｆ_７に高率放電の放電電流２００Ａを代入して、Ｖ_Ｂ＝１．６３Ｖを取得し、これを基準値（例えば１．７Ｖ）と比較する。ここで、基準値としてはクランキングに最低限必要な電圧が記憶されており、この場合、推定された電圧Ｖ_Ｂ＝１．６３Ｖが基準値よりも低いから、アイドリングストップ禁止信号をＥＣＶ４０に出力する。これにより、ＥＣＶ４０は、アイドリング状態が所定時間継続してエンジン停止条件が整ったとしても、エンジン１０を停止させることがない。
【００２３】
また、演算部３０に放電電圧推定要求が出された時点で、放電電流が例えば１００Ａで放電電圧が１．９Ｖであると（この場合には、上述の例に比べて充電状態が高いことになる）、その電流・電圧から特定される一次関数はｆ_１となるから、そのｆ_１に高率放電の放電電流２００Ａを代入してＶ_Ｂ＝１．７７Ｖが取得される。すると、この推定電圧は基準値よりも高く、エンジンを停止しても直ちにクランキング可能であるから、演算部３０はアイドリングストップ禁止信号をＥＣＶ４０に出力せず、ＥＣＶ４０はエンジン１０を停止させてアイドリングストップ状態に移行する。
【００２４】
なお、このようにアイドリングストップ状態に移行した後も、車両の電装品が使用されてバッテリー２０の電力が消費されている場合には、ＥＣＶ４０は定期的に演算部３０に放電電圧推定要求を出力する。この結果、演算部３０はその時点での放電電流・電圧に基づいてクランキング時の放電電圧を推定する。そして、バッテリー２０の消耗によってその放電電圧がクランキング不能な電圧に近づいた場合（クランキング不能電圧との差が所定値以下に低下した場合）には、ＥＣＶ４０は直ちに始動用モータ２２を駆動してエンジンを始動させる。
【００２５】
このように本実施形態によれば、バッテリー２０の放電電流がどのような値であったとしても、その時点での電流・電圧が決まれば、そのままクランキングに移行した場合の放電電流を高い精度で予測することができる。従って、アイドリングストップ状態への移行条件が整ったとしてもバッテリー２０の充電状態が不足してクランキングが不能になりそうな場合には、アイドリングストップ禁止信号をＥＣＶ４０に出力してエンジン１０を停止させず、その間の充電による残存容量の回復を待つことができる。さらに、アイドリングストップ状態へ移行した後にバッテリー２０の容量が減少したときには、クランキング不能になる前にクランキングを行ってエンジンを始動することで、残存容量の回復を図ることができる。
【００２６】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施の態様も含み、これらも本発明の技術的範囲に属する。
（１）上記実施形態では、関数記憶部３５に多数の一次関数を記憶しておき、高率放電時の放電電圧をその一次関数群から特定されたものを利用して演算するようにしたが、これに限られず、図８に示すように関数記憶部３５に代えてテーブル記憶部４５を設け、電流検出回路３２及び電圧検出回路３２からの放電電流及び放電電圧に応じて読み取り処理部４６がテーブル記憶部４５に記憶したテーブルから所定の値を読み出すようにしてもよい。これによれば、演算処理が不要となるから、高速処理が可能となる。
【００２７】
なお、この実施形態で、高率放電時の放電電圧の値自体を必要とする場合には、テーブルは低率放電の放電電圧と放電電流とを列見出し及び行見出しとして高率放電時の放電電圧の値を記入した表を構成すればよい。また、放電電圧の値自体を必要とせず、例えばアイドリングストップ制御のためにアイドリングストップの可否だけを出力すればよい場合には、その表の放電電圧の値に代えてアイドリングストップの可否を記入した表構造とすればよい。
【００２８】
（２）上記実施形態では、バッテリー２０の内部抵抗ｘを１日に１回測定するようにしたが、測定頻度はこれに限られるものではない。また、測定方法も、異なる２種類の放電電流と放電電圧との組み合わせから求めるに限らず、バッテリー２０が放電状態にないときに外部電圧を印加し、このときに流れる電流を測定することにより内部抵抗を測定してもよい。
【００２９】
（３）また、特に本実施形態では、アイドリングストップ状態にあるときにバッテリー２０の消耗によってクランキング不能な電圧に近づいた場合にはエンジンを始動させるようにしたが、これは必須ではない。さらには、バッテリー容量がエンジン始動に不足する場合には、単に警告灯を表示させたり、警告音を発する構成とするだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】２５℃における高率放電の実験結果を示すグラフ
【図２】２５℃において種々の電流で低率放電させているときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラフ
【図３】０℃において種々の電流で低率放電させているときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラフ
【図４】５０℃において種々の電流で低率放電させているときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラフ
【図５】劣化した電池で２５℃において種々の電流で低率放電させているときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラフ
【図６】本実施形態のエンジン始動システムを示すブロック図
【図７】上記実施形態における一次関数群を示すグラフ
【図８】他の実施形態に係るエンジン始動システムを示すブロック図
【符号の説明】
２０……二次電池
３０……演算部
３１……電流センサ
３３……温度センサー
３４……温度検出回路
３５……関数記憶部
４５……テーブル記憶部
４６……読み取り処理部

Claims

エンジンを始動するためのモータを備え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジン始動システムにおいて、前記エンジンの停止前に前記モータを駆動するバッテリーの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放電時の放電電圧を推定する放電電圧推定手段と、この放電電圧推定手段の推定結果に基づいてエンジン停止後にエンジン始動可能か否かを判断する判断手段と、この判断手段の判断結果に基づいて前記エンジンの自動停止を禁止するエンジン自動停止制御装置とを備え、前記放電電圧推定手段は、前記バッテリーについて予め任意の電流で放電させたときの放電電圧に基づき電流・電圧の直線的関係を種々の充電状態について把握しておき、前記エンジンを停止させる前の電流及び電圧から前記電流・電圧の直線的関係群のいずれかを特定することにより高率放電時の放電電圧を推定するものであることを特徴とするエンジン始動システム。
エンジンを始動するためのモータを備え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジン始動システムにおいて、前記エンジンが自動停止された場合に前記モータを駆動するバッテリーの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放電時の放電電圧を推定する放電電圧推定手段と、この放電電圧推定手段による推定電圧が前記モータによるエンジン始動可能電圧より低い場合にエンジン始動不能であると判断する判断手段と、この判断手段の判断結果に基づいて前記エンジンの始動が不能となる前に前記エンジンを始動させるエンジン始動制御手段とを備え、前記放電電圧推定手段は、前記バッテリーについて予め任意の電流で放電させたときの放電電圧に基づき電流・電圧の直線的関係を種々の充電状態について把握しておき、放電途中で高率放電に変化させるときに、前記高率放電直前の電流及び電圧から前記電流・電圧の直線的関係群のいずれかを特定することにより高率放電時の放電電圧を推定するものであることを特徴とするエンジン始動システム。